Het hoorapparaat van de toekomst is een ‘hearable’

Op de technologiecampus in Zwijnaarde werken professor Sarah Verhulst (UGent) en haar onderzoeksgroep aan de hoorapparaten van de toekomst.

Sarah Verhulst is industrieel ingenieur elektronica (Groep T, nu KU Leuven) en master in de akoestische ingenieurswetenschappen (Technische Universiteit van Denemarken). Ze doctoreerde in Denemarken en werkte nadien anderhalf jaar in de VS (Boston en Harvard University) voor ze assistent-professor werd in Duitsland (Universiteit van Oldenburg).

"In het begin van mijn opleiding was ik vooral geïnteresseerd in omgevingsakoestiek en akoestiek van gebouwen. Gaandeweg werd ik meer en meer getriggerd door de psycho-akoestiek, gehoorschade en het ontwerpen van hoorapparaten. Op die domeinen is nog veel onderzoek en innovatie mogelijk. Ik ben altijd gaan bijleren bij experts in hun domein, in Denemarken en de VS. In Oldenburg werkte ik in een 'cluster of excellence' waar tien proffen interdisciplinair onderzoek voeren naar hoortechnologieën, de neurowetenschappen van het gehoor en gehoorschade. Het was fantastisch om daar als assistent deel van uit te maken, een netwerk uit te bouwen en samenwerkingsverbanden op te zetten."

"Ik ben geen muzikant maar ik was en ben nog altijd veel bezig met muziek, festivals, concerten. Ik heb dus een connectie kunnen maken tussen vrije tijd en werk. We doen zelfs af en toe geluidsmetingen op festivals en concerten. Ik kan dan het aangename aan het professionele koppelen."

"Ik haalde een beurs van de European Research Council binnen, de ERC Starting Grant. Dat zijn de meest prestigieuze Europese onderzoeksbeurzen. Ik kon in Oldenburg blijven en extra mensen aanwerven of ergens anders een eigen onderzoeksgroep en labo opstarten. De Gentse universiteit heeft een programma om mensen met een topbeurs aan te trekken en tot prof te benoemen. Ik ben hier begonnen als hoofddocent en promoveerde eerder dit jaar tot hoogleraar. Ik geef les aan de burgerlijk ingenieurs, werk veel samen met de proffen en artsen van het UZ en leid een onderzoeksgroep op de technologiecampus in Zwijnaarde. Ik zit hier fantastisch goed. De ERC-beurs is beëindigd, ze liep voor een periode van vijf jaar, maar intussen krijgen we ondersteuning van een aantal Europese, federale en Vlaamse onderzoeksbeurzen."

"We werken op twee sporen: de diagnostiek van gehoorschade en het ontwikkelen van algoritmes voor de volgende generatie hoorapparaten"

"Toen ik tien jaar geleden in de VS werkte, is daar ontdekt dat gehoorschade veel vroeger optreedt dan je kunt detecteren met een audiogram. Een audiogram is het gekende onderzoek: je krijgt een koptelefoon op en moet je hand opsteken als je een piep hoort. Dat is al sinds 1920 de standaard om gehoorschade te diagnosticeren. Maar veel mensen ervaren dat ze minder goed beginnen horen, bijvoorbeeld in een ruimte met veel mensen en veel lawaai, hoewel het audiogram nog perfect normaal kan zijn. De trilhaartjes en de versterking in het binnenoor werken dus nog goed, maar er is iets anders aan de hand waardoor mensen vroeger al gehoorschade oplopen. Het onderzoek in de VS heeft aangetoond dat niet de trilhaarcelletjes eerst kapotgaan, maar wel de synapsen die eraan hangen en die het geluid naar de hersenen brengen. Die beginnen eerst af te sterven bij veroudering of gehoorschade. Hoe minder synapsen je hebt, hoe moeilijker de overdracht van geluid naar de hersenen verloopt. Dat is de vorm van permanente gehoorschade die het eerst optreedt."

"Na die ontdekking zijn verschillende onderzoeksgroepen op zoek gegaan naar een techniek om die synapsschade vast te stellen. Wij zijn erin geslaagd een soort auditieve EEG-techniek te ontwikkelen die al in een vroeg stadium de diagnose van synapsschade kan vaststellen. Vervolgonderzoeken aan verschillende universiteiten hebben intussen aangetoond dat de diagnostiek werkt. Wat blijkt? Als we bij 120 personen van verschillende leeftijden metingen doen, stellen we vast dat de ouderdomsgerelateerde synapsschade al duidelijk is voordat het audiogram dat aangeeft. Rond de leeftijd van vijftig jaar ben je toch al de helft van je synapsen kwijt. Dat is normale veroudering. Je kan de techniek ook gebruiken om te kijken of er al schade is bij mensen die blootgesteld worden aan veel lawaai. Hij laat dus toe veel vroeger te diagnosticeren en dat is belangrijk. De Wereldgezondheidsorganisatie zegt dat vroegdetectie en vroegbehandeling de beste manieren zijn om de economische en sociale schade van gehoorschade te beperken."

"De UGent heeft de techniek gepatenteerd en in onderzoeksfase wordt hij gebruikt. Om dit bij de patiënt te brengen heb je een medical device, een medisch toestel, nodig. De goedkeuring is in Europa zeer streng gereglementeerd, de procedure kost veel geld. We hebben een prototype. En nu willen we de hele procedure naar een CE-mark doorlopen. Een deel van dat parcours, zoals een medische trial bij veel patiënten, kunnen we hier aan de universiteit doen in samenwerking met het UZ Gent. Dat zal, vermoed ik, nog twee jaar duren. Het effectieve aanvragen van een CE-mark kan enkel door een bedrijf en zal dus via een spin-off moeten gebeuren. Maar ik denk dat we over drie jaar een toestel in de ziekenhuizen zullen hebben voor de diagnose van synaptopathie of synapsschade."

"Een hoorapparaat vandaag probeert zoveel mogelijk het verlies van de trilhaartjes te compenseren door het geluid dat binnenkomt te versterken. Daarvoor splitst het dat geluid in een aantal frequentiebanden. Elke band wordt meer of minder versterkt, afhankelijk van het resultaat van het audiogram. Maar dat versterken van geluid is niet ideaal als je al veel synapsen verloren hebt. De nieuwe generatie hoorapparaten zal ook die synaptopathie integreren. Maar het geluid versterken en tegelijkertijd de resterende synapsen optimaal aansturen, is niet eenvoudig. Wij gebruiken machine-learningtechnieken om tot de meest ideale oplossing te komen. Die zal voor ieder individu anders zijn, voor iedereen moet een persoonlijk algoritme worden gemaakt dat het binnenkomende geluid op zo’n manier aanpast dat de zenuwsynapsen optimaal functioneren. De manier waarop we dat doen, is inmiddels ook gepatenteerd."

"Het algoritme zijn we nu aan het trainen, dat is de software. Een grote stap die we nog moeten zetten, is het implementeren van de techniek in toekomstige chips. Je kent de automatische spraakherkenningssystemen Siri en Alexa. Die werken niet zo goed als er veel achtergrondgeluid is. Het menselijk gehoor daarentegen is zeer goed in het luisteren en horen, ook al is er veel ruis. Dus integreren we de werking van het menselijk gehoor in de technologieën van ruisvermindering. En dat lukt. We hebben nu algoritmes die ruis beter onderdrukken omdat ze gebaseerd zijn op hoe de mens dat doet en die dus Siri en Alexa beter laten 'horen'.

Maar natuurlijk kun je in die systemen behoorlijk wat rekenkracht en chips kwijt. Een hoorapparaat is in vergelijking zeer klein. We zijn nu aan het onderzoeken hoe we het algoritme kunnen optimaliseren zodat het op een hoorapparaat kan lopen zonder al te veel vertraging. Want een hoorapparaat moet alle binnenkomende geluid verwerken binnen de tien milliseconden. Als we daarin slagen, kunnen we naar de industrie stappen. Natuurlijk verwachten we niet dat elke vijftigjarige met milde gehoorproblemen ten gevolge van synapsschade met een hoorapparaat zal rondlopen. Maar veel mensen hebben vandaag al hearables in, draadloze oordopjes. We kijken onder andere naar de producenten van die hearables als we denken aan de hoorapparaten van de toekomst. Op welke termijn die nieuwe generatie er zal zijn, weet ik niet, maar ze komt er zeker."